中断：保存在 PCB 或内核堆栈中的进程上下文？

Posted 2023-03-29

【中文标题】中断：保存在 PCB 或内核堆栈中的进程上下文？

【英文标题】：Interrupts: process context saved in PCB or kernel stack?

【发布时间】：2022-01-05 13:31:25

【问题描述】：

我已经搜索并阅读了几个类似的问题但仍然不明白：

PSW 是一组处理器标志（进位、溢出等）。 我的书说，当产生中断时，PSW 和 PC 保存在控制堆栈中，中断处理程序启动，最后 CPU 状态恢复：所有剩余的寄存器，例如用户寄存器？作者只是忘记了他们，还是根本没有得救？

为什么 PSW 和 PC 保存在控制堆栈上而不是 PCB 上（所有处理器寄存器都将保存在哪里）？

我可以理解何时执行系统调用（它是同步中断）：处理器切换到内核模式并在内核堆栈上工作。但是什么时候发生时钟中断并且操作系统决定切换到另一个进程？在那种情况下，必须使用 PCB 而不是正确的堆栈？

我的结论是，有些中断可以通过内核区域中的单独堆栈进行管理，但其他中断需要将 PSW 和 PC 保存在 PCB 中，而不是与其他寄存器一起保存在堆栈中。 但是，我希望各位专家回答我的问题 =) 提前致谢！

【问题讨论】：

'但是什么时候发生时钟中断并且操作系统决定切换到另一个进程？'钟？您的意思是“任何导致设备驱动程序在退出中断状态时请求调度运行的硬件中断”。

【参考方案1】：

中断/IRQ 与任务切换关系不大。

当 CPU 启动一个中断处理程序时，它需要更改一些东西（例如 PC）来启动中断处理程序，因此它需要存储旧值，以便在中断处理程序返回时可以恢复它们。中断处理程序可能会存储额外的东西（例如用户寄存器），但可能不会（如果它本身不使用它们）；并且在某些情况下（例如，只增加一个计数器的 IRQ）中断处理程序几乎可以不保存任何额外内容，几乎不使用任何内容，几乎不恢复任何内容，然后返回。

取决于哪个操作系统以及它应该如何工作；如果中断处理程序感觉像是在进行任务切换，那么一些中断处理程序的东西（例如 PC）将需要保存在某个地方。 “某处”可以直接在 PCB 中，但也可以在内核的堆栈上（只有堆栈指针保存在 PCB 中）。请注意，大多数操作系统使用高级语言的调用约定，其中只有一些东西是“被调用者保留”，而其他东西可以被被调用者丢弃，因此在任务切换期间不需要保存在任何地方，因为调用者希望它们无论如何都要被丢弃。

【讨论】：

好的，所以当中断发生时，处理器将 PSW 和寄存器保存在内核堆栈中（它与“控制堆栈”相同吗？）。当处理程序完成时，可能会发生上下文切换，然后堆栈上的相同信息也可以保存在 PCB 上（这是时钟中断的情况）？对吗？

@BartDoe: 否 - 当中断发生时 CPU + 中断处理程序从寄存器中保存用户状态；然后如果任务切换发生，任务切换代码会从寄存器中保存中断处理程序的状态（不是用户的状态）。

内核栈很可能是 PCB/TCB 结构的成员。如果一个线程/进程需要一个控制/状态结构和一个内核堆栈，为什么还要单独分配它们呢？也可以一次性使用 kmalloc。